JP3645950B2

JP3645950B2 - Microwave oscillator

Info

Publication number: JP3645950B2
Application number: JP26795995A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎吉田
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JPH0993039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波発振器に係り、特に、半導体素子を用いてなる発振器における動作特性の改良を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波発振器には、従来から提案されているものとして、トランジスタを用いて構成されたものや、インパットダイオードを用いて構成されたもの等様々なものがある。
図２には、このように種々提案されているものの中で、特に、電界効果トランジスタを用いて構成されたマイクロ波発振器の回路例が示されており、以下、同図を参照しつつこのマイクロ波発振器について概略的に説明する。
【０００３】
このマイクロ波発振器は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」と言う）１ａを中心に構成されてなるもので、そのゲート側には、マイクロストリップライン２が配され、このマイクロストリップライン２の一端はＦＥＴ１ａのゲートに接続される一方、他端は抵抗３により終端されると共に、このマイクロストリップライン２の近傍には、誘電体共振器４が電磁的に結合するように配されている。
【０００４】
また、ＦＥＴ１ａのドレイン側においては、チョークコイル５がドレインに接続されており、このチョークコイル５を介して直流電圧がドレインに印加されるようになっていると共に、コンデンサ６を介して高周波成分のみがドレインから得られるようになっている。
【０００５】
また、ソース側においては、ソースがコンデンサ７を介してアースされると共に、ソースとアースとの間には、チョークコイル８ａとバイアス抵抗９ａとが直列接続されている。したがって、ＦＥＴ１ａのソースは、直流レベルでは抵抗９ａを介してアースに接続されるが、高周波的には、チョークコイル８ａにより抵抗９ａを介してのアースへの接続が遮断されるようになっている。
【０００６】
そして、ＦＥＴ１ａのゲート側において、マイクロストリップライン２及び誘電体共振器４による共振回路を含めたインピーダンスが、負の抵抗成分のみとなる周波数において発振が生じ、ドレイン側よりコンデンサ６を介して当該発振出力が得られるようになっており、ＦＥＴ１ａのいわゆる負性抵抗を利用した発振器となっているものである。
このようなマイクロ波発振器の構成は、例えば、特開昭６２−１３５００２号公報等において開示されており、既に、公知・周知となっているものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の発振器においては、ゲート・ソース間電圧の正領域へのいわゆる振り込みに起因するＦＥＴの劣化という問題があった。
すなわち、ＦＥＴ１ａの直流動作レベルにおける、ゲート・ソース間の電圧は、いわゆる小信号動作解析により、通常、負の領域に設定されているが、発振現象は、大振幅動作であるために、瞬時的にゲート・ソース間の電圧が正の電圧領域へ及ぶことがあり、一般にこのような現象は「ゲートへの正への振り込み」と称されている。
【０００８】
そして、このゲートへの正への振り込により、ゲート電極に順方向への電流が流れるために、ＦＥＴが劣化し、その寿命が短くなるという問題が生ずる。このため、正への振り込みを簡易に抑圧する方策としては、通常、ゲートバイアスをできる限り深く設定することが行われているが、同時に発振出力の低下を招くという欠点がある。したがって、発振出力の低下を補償するため、増幅回路を設ける等の新たな対策が必要となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、発振出力の低下を招くことなく、発振状態におけるゲートへの正への振り込み量を抑圧することのできるマイクロ波発振器を提供するものである。
また、本発明の他の目的は、電界効果トランジスタの劣化が抑圧できるマイクロ波発振器を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、発振特性の経時変化の少ないマイクロ波発振器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロ波発振器は、電界効果トランジスタに生ずる負性抵抗により発振するよう構成されてなるマイクロ波発振器において、前記電界効果トランジスタのドレインに第１のチョークコイルの一端と第１のコンデンサの一端を接続し、前記第１のチョークコイルの他端は電源端子に、前記第１のコンデンサの他端は出力端子にそれぞれ接続し、前記電界効果トランジスタのソースにバイアス抵抗の一端を接続し、このバイアス抵抗の他端とアース間には、第２のコンデンサと第２のチョークコイルをそれぞれ接続してなるものである。
【００１１】
かかる構成においては、電界効果トランジスタのソースに接続されたバイアス抵抗は、直流動作においては、直流に対して抵抗を生じないチョークコイルを介してアースされる一方、高周波動作においては、コンデンサを介してアースされるようになっており、発振状態においては、その発振の大きさに応じた電圧降下が生じるため、高周波動作においてソースに抵抗が接続されないように構成された従来の回路に比して、その電圧降下に対応してゲート・ソース間の電圧の振幅変化が抑圧されることとなり、いわゆるゲートへの正の振り込みが小さくなるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１３】
この発明の実施の形態におけるマクロ波発振器は、ＦＥＴの負性抵抗を利用して発振が行われるように構成されたものである点においては、図２において説明した従来のマイクロ波発振器と基本的に同一のものである。なお、以下の説明において、図２に示された回路における構成要素と同一のものについては、同一の符号を付することとする。
【００１４】
まず、回路構成について説明すれば、このマイクロ波発振器は、電界効果トランジスタとして、ガリウムヒ素を用いてなるＧaＡs ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor）１が用いられ、このＧaＡs ＭＥＳＦＥＴ（以下「ＦＥＴ」と言う）１を中心として次述するように回路構成されてなるものである。
すなわち、ＦＥＴ１のゲートには、マイクロストリップライン２の一端が接続され、さらに、このマイクロストリップライン２の他端には抵抗３が接続され、ＦＥＴ１のゲートがこの抵抗３により終端されるようになっている。
【００１５】
このマイクロストリップライン２の近傍には、所望の発振周波数で共振するようにその寸法、マイクロストリップライン２との位置関係等が設定された誘電体共振器４が設けられている。
すなわち、マイクロストリップライン２に対する誘電体共振器４の位置は、所望の発振周波数におけるこの誘電体共振器４のインピーダンスと、ＦＥＴ１側のインピーダンスとの和として求められたインピーダンスの実数成分が零又は負、虚数成分が零となるように設定されるものである。
【００１６】
一方、ＦＥＴ１のドレインには、チョークコイル５の一端が接続されると共に、ＤＣ（直流）カット用のコンデンサ６の一端が接続されている。そして、チョークコイル５の他端は、電源端子１０に接続されており、この電源端子１０には直流電源電圧が印加されるようになっている。
また、ＤＣカット用のコンデンサ６の他端は、出力端子１１に接続されており、この出力端子１１からは、後述するような動作によりマイクロ波出力信号のみが得られるようになっている。
【００１７】
さらに、ＦＥＴ１のソースとアースとの間には、バイアス抵抗９とコンデンサ７が直列接続されると共に、バイアス抵抗９とコンデンサ７との接続点とアースとの間には、チョークコイル８が接続されている。
したがって、バイアス抵抗９は、高周波的にはコンデンサ７を介してアースされる一方、直流的には抵抗を有しないチョークコイル８を介してアースされるようになっている。
ここで、バイアス抵抗９の大きさは、電源端子１０に印加される直流電源電圧と、ＦＥＴ１の所望の動作点とを基に決定されるものである。
【００１８】
また、コンデンサ７の値は、バイアス抵抗９と直流電源電圧とで定まるＦＥＴ１の動作状態において、ＦＥＴ１のゲート側からＦＥＴ１を見た場合のインピーダンスの実数成分が、所望の発振周波数において、負となるように選定されるものである。
【００１９】
かかる構成において、電源端子１０に直流電源電圧が印加されると、ＦＥＴ１は、この直流電源電圧とバイアス抵抗９とで定まる動作点を中心にして発振を開始することとなる。すなわち、ＦＥＴ１のゲートから見たインピーダンスの虚数成分と、ＦＥＴ１のゲート側から誘電体共振器４を見たインピーダンスの虚数成分とが相殺して零になると共に、これら両者のインピーダンスの実数成分の和が負の値となることにより、誘電体共振器４の共振周波数で発振が開始され、出力端子１１から所望の発振周波数のマイクロ波が得られることとなる。
【００２０】
発振の開始により、ＦＥＴ１のゲート・ソース電圧は、発振状態に応じて変化することとなるが、ＦＥＴ１のソース側に接続された抵抗９において生ずる電圧降下の分だけ、その振幅が抑圧されることとなる。このため、いわゆるゲートへの正への振り込み量が小さく抑えられ、従来と異なり、このようなゲートへの正への振り込みに起因するＦＥＴ１の劣化が極力回避され、経時変化の少ない出力特性の安定したマイクロ波発振器が提供されることとなる。
【００２１】
上述した発明の実施の形態においては、電界効果トランジスタとして、ＧaＡsＭＥＳＦＥＴ１を用いたが、勿論これに限定される必要はなく、他の電界効果トランジスタであってもよいものである。
また、ＦＥＴ１のベース側には、マイクロストリップライン２と電磁的に結合される誘電体共振器４を設けたが、必ずしも必要なものではなく、この誘電体共振器４とマイクロストリップライン２との電磁的結合部分を含めて、共振周波数におけるコンデンサやコイル等で表される等価回路に置き換えてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、電界効果トランジスタのソース側で、発振状態に応じて電圧降下が生ずるように構成することにより、ゲート・ソース間の電圧の振幅変化を抑圧することができるので、いわゆるゲートへの正への振り込みを、出力低下を招くことなく小さくすることができ、そのため、電界効果トランジスタの劣化を極力抑圧することができる。
また、電界効果トランジスタの劣化が抑圧されることにより、発振特性の経時変化の少ないマイクロ波発振器を提供することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるマイクロ波発振器の一回路構成例を示す回路図である。
【図２】従来のマイクロ波発振器の一回路構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…ＧaＡs ＭＥＳＦＥＴ
２…マイクロストリップライン
３…誘電体共振器
７…コンデンサ
８…チョークコイル
９…バイアス抵抗
１０…電源端子
１１…出力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave oscillator, and more particularly, to an improvement in operating characteristics of an oscillator using a semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
There are various types of microwave oscillators that have been proposed in the past, such as those configured using transistors and those configured using impat diodes.
2 shows, in this way, what is proposed, in particular, the circuit example of the microswitch wave oscillator constructed using a field-effect transistor is shown, below, with reference to FIG. The microwave oscillator will be schematically described.
[0003]
This microwave oscillator is composed mainly of a field effect transistor (hereinafter referred to as “FET”) 1a, and a microstrip line 2 is arranged on the gate side thereof. One end of the microstrip line 2 is While connected to the gate of the FET 1a, the other end is terminated by a resistor 3, and in the vicinity of the microstrip line 2, a dielectric resonator 4 is disposed so as to be electromagnetically coupled.
[0004]
On the drain side of the FET 1a, a choke coil 5 is connected to the drain, and a DC voltage is applied to the drain via the choke coil 5, and only a high frequency component is passed through the capacitor 6. Can be obtained from the drain.
[0005]
On the source side, the source is grounded via the capacitor 7, and a choke coil 8a and a bias resistor 9a are connected in series between the source and the ground. Therefore, the source of the FET 1a is connected to the ground through the resistor 9a at the DC level, but the connection to the ground through the resistor 9a is blocked by the choke coil 8a at a high frequency. .
[0006]
On the gate side of the FET 1a, oscillation occurs at a frequency at which the impedance including the resonance circuit including the microstrip line 2 and the dielectric resonator 4 becomes only a negative resistance component, and the oscillation occurs via the capacitor 6 from the drain side. An output can be obtained, and the oscillator uses a so-called negative resistance of the FET 1a.
The configuration of such a microwave oscillator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-13502, and is already known and well known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional oscillator has a problem that the FET is deteriorated due to so-called transfer of the gate-source voltage to the positive region.
That is, the voltage between the gate and the source at the DC operation level of the FET 1a is normally set in a negative region by so-called small signal operation analysis. However, since the oscillation phenomenon is a large amplitude operation, it is instantaneous. In some cases, the voltage between the gate and the source reaches a positive voltage region, and such a phenomenon is generally referred to as “transfer to positive to the gate”.
[0008]
This forward transfer to the gate causes a current in the forward direction to flow through the gate electrode, causing a problem that the FET deteriorates and its life is shortened. For this reason, as a measure for easily suppressing the transfer to positive, the gate bias is usually set as deep as possible, but at the same time, there is a disadvantage that the oscillation output is lowered. Therefore, there has been a problem that a new measure such as provision of an amplifier circuit is required to compensate for a decrease in oscillation output.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a microwave oscillator capable of suppressing the amount of positive transfer to the gate in an oscillation state without causing a decrease in oscillation output.
Another object of the present invention is to provide a microwave oscillator capable of suppressing deterioration of a field effect transistor.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a microwave oscillator in which the oscillation characteristics have little change with time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The microwave oscillator according to the present invention is a microwave oscillator configured to oscillate by a negative resistance generated in a field effect transistor , wherein one end of a first choke coil and a first capacitor are connected to a drain of the field effect transistor. One end is connected, the other end of the first choke coil is connected to a power supply terminal, the other end of the first capacitor is connected to an output terminal, and one end of a bias resistor is connected to the source of the field effect transistor, A second capacitor and a second choke coil are respectively connected between the other end of the bias resistor and the ground.
[0011]
In such a configuration, the bias resistor connected to the source of the field effect transistor is grounded via a choke coil that does not generate a resistance to direct current in a direct current operation, while it is connected via a capacitor in a high frequency operation. In the oscillation state, a voltage drop corresponding to the magnitude of the oscillation occurs, so compared to a conventional circuit configured so that a resistor is not connected to the source in high frequency operation, Corresponding to the voltage drop, the change in the amplitude of the voltage between the gate and the source is suppressed, and so-called positive transfer to the gate is reduced.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
[0013]
The macro wave oscillator in the embodiment of the present invention is fundamentally different from the conventional microwave oscillator described in FIG. 2 in that the macro wave oscillator is configured to oscillate using the negative resistance of the FET. Are the same. In the following description, the same components as those in the circuit shown in FIG.
[0014]
First, a circuit configuration will be described. In this microwave oscillator, a GaAs MES FET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) 1 using gallium arsenide is used as a field effect transistor, and this GaAs MES FET (hereinafter “FET”) The circuit is configured as described below with 1 as the center.
That is, one end of the microstrip line 2 is connected to the gate of the FET 1, and the resistor 3 is connected to the other end of the micro strip line 2, and the gate of the FET 1 is terminated by the resistor 3. ing.
[0015]
In the vicinity of the microstrip line 2, there is provided a dielectric resonator 4 whose dimensions and positional relationship with the microstrip line 2 are set so as to resonate at a desired oscillation frequency.
That is, the position of the dielectric resonator 4 with respect to the microstrip line 2 is such that the real component of the impedance obtained as the sum of the impedance of the dielectric resonator 4 at the desired oscillation frequency and the impedance on the FET 1 side is zero or negative. The imaginary number component is set to be zero.
[0016]
On the other hand, one end of a choke coil 5 and one end of a DC (direct current) cutting capacitor 6 are connected to the drain of the FET 1. The other end of the choke coil 5 is connected to a power supply terminal 10, and a DC power supply voltage is applied to the power supply terminal 10.
Further, the other end of the DC cut capacitor 6 is connected to an output terminal 11, and only a microwave output signal can be obtained from the output terminal 11 by an operation described later.
[0017]
Further, a bias resistor 9 and a capacitor 7 are connected in series between the source of the FET 1 and the ground, and a choke coil 8 is connected between a connection point of the bias resistor 9 and the capacitor 7 and the ground. ing.
Accordingly, the bias resistor 9 is grounded via the capacitor 7 in terms of high frequency, while being grounded via the choke coil 8 having no resistance in terms of DC.
Here, the magnitude of the bias resistor 9 is determined based on the DC power supply voltage applied to the power supply terminal 10 and the desired operating point of the FET 1.
[0018]
The value of the capacitor 7 is such that the real component of the impedance when the FET 1 is viewed from the gate side of the FET 1 becomes negative at a desired oscillation frequency in the operation state of the FET 1 determined by the bias resistor 9 and the DC power supply voltage. It is chosen as follows.
[0019]
In such a configuration, when a DC power supply voltage is applied to the power supply terminal 10, the FET 1 starts to oscillate around an operating point determined by the DC power supply voltage and the bias resistor 9. That is, the imaginary component of the impedance viewed from the gate of the FET 1 and the imaginary component of the impedance viewed from the gate side of the FET 1 cancel each other and become zero, and the sum of the real components of the impedance of both of them Becomes a negative value, oscillation starts at the resonant frequency of the dielectric resonator 4, and a microwave having a desired oscillation frequency is obtained from the output terminal 11.
[0020]
When the oscillation starts, the gate-source voltage of the FET 1 changes according to the oscillation state, but the amplitude is suppressed by the voltage drop generated in the resistor 9 connected to the source side of the FET 1. It becomes. For this reason, the so-called positive transfer amount to the gate is kept small, and unlike the conventional case, the deterioration of the FET 1 due to such a positive transfer to the gate is avoided as much as possible, and the output characteristics are stable with little change over time. A microwave oscillator is provided.
[0021]
In the embodiment of the invention described above, the GaAs MES FET 1 is used as the field effect transistor. However, the present invention is not necessarily limited to this, and other field effect transistors may be used.
Further, although the dielectric resonator 4 that is electromagnetically coupled to the microstrip line 2 is provided on the base side of the FET 1, this is not always necessary, and the dielectric resonator 4 and the microstrip line 2 are not necessarily required. The electromagnetic coupling portion may be replaced with an equivalent circuit represented by a capacitor, a coil or the like at the resonance frequency.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the voltage drop between the gate and the source can be suppressed by configuring the field effect transistor so that a voltage drop occurs according to the oscillation state on the source side of the field effect transistor. Therefore, the so-called positive transfer to the gate can be reduced without causing a decrease in output, and therefore the deterioration of the field effect transistor can be suppressed as much as possible.
In addition, since the deterioration of the field effect transistor is suppressed, there is an effect that it is possible to provide a microwave oscillator with less change in oscillation characteristics with time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of a microwave oscillator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of a conventional microwave oscillator.
[Explanation of symbols]
1 ... GaAs MES FET
2 ... Microstrip line 3 ... Dielectric resonator 7 ... Capacitor 8 ... Choke coil 9 ... Bias resistor 10 ... Power supply terminal 11 ... Output terminal

Claims

In a microwave oscillator configured to oscillate due to a negative resistance generated in a field effect transistor,
One end of a first choke coil and one end of a first capacitor are connected to the drain of the field effect transistor, the other end of the first choke coil is a power supply terminal, and the other end of the first capacitor is an output terminal. Each connected to
One end of a bias resistor is connected to the source of the field effect transistor, and a second capacitor and a second choke coil are respectively connected between the other end of the bias resistor and the ground. Oscillator.